Đồ án môn học nền và móng

Đồ án môn học nền và móng

ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG

GVHD : BÙI VĂN LỢI

BỘ MÔN: ĐỊA KĨ THUẬT

LỚP: 63ĐCCĐ10

TRƯỜNG: ĐH CÔNG NGHỆ GTVT

Hà Nội, 03/ 12/2014

MỤC LỤC

8.2.Bố trí cốt thép đai cho cọc 29

8.3.Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 30

8.4.Lưới cốt thép đầu cọc 30

8.5.Vành đai thép đầu cọc 30

8.6.Cốt thép móc cẩu 30

8.7.Tính mối nối thi công cọc 31

SỐ LIỆU ĐỀ BÀI BẢNG SỐ LIỆU TẢI TRỌNG TÁC DỤNG:

BẢNG SỐ LIỆU THUỶ VĂN VÀ CHIỀU DÀI NHỊP:

Cao độ mặt đất tự nhiên (EL1) M 0.00

Tính chất cơ lý của các lớp đất lỗ khoan địa chất IC-T5:

- Các chỉ tiêu cơ lý của đất

Lớp1 : _ 0  -0,8m

Lớp 3: -10,9m  -74,2m

Các chỉ tiêu cơ lý Kí hiệu Đơn vị Kêt quả

Các chỉ tiêu cơ lý Kí hiệu Đơn vị Kết quả

PHẦN 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT

I LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG

1 Lựa chọn các cao độ và các kích thước.

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CHUNG TRỤ CẦU

1.1.Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT):

Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổi mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao

Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau:

- Cao độ đỉnh trụ chọn như sau : Max { MNCN + 1 m; MNTT+Htt} - 0.3 m

Trong đó :

MNCN: Là mực nước cao nhất MNCN= 4.60 m

MNTT:mực nước thông thuyền MNTT = 3.10 m

Htt : là chiều cao thông thuyền ( tra bảng 2.3.3.1.1 khổ giới hạn thông thuyền trên các sông có thuyền đối với sông cấp V ):

Bảng 2.3.3.1.1 Khổ giới hạn thông thuyền trên sông có thông thuyền:

Cấp đường sông

Khổ giới hạn tối thiểu trên mức nước cao có chu kì 20 năm

(m)Theo chiều ngang Theo chiều thẳng

Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = -3.00m

Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = -4.50 m

Chiều dày bệ móng móng Hb = 1.5m

1.4 Kích thước cọc và cao độ mũi cọc

Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn, địa chất gồm có lớp thứ 3 rất dày và không phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng cọc ma sát BTCT, mũi cọc nằm ở lớp thứ 3

Chọn cọc bê tông cố thép đúc sẵn, cọc có kích thước là: (400x400)mm; được đóng vào lớp số 3 là lớp sét cát màu xám vàng, xám trắng, trạng thái chặt vừa đến chặt Cao độ mũi cọc là

1.4.2 Kiểm tra kích thước cọc.

Kích thước móng cọc phải thỏa mãn yêu cầu về độ mảnh:

2.1.1.Chiều cao thân trụ Hc.

Hc = CĐĐT – CĐĐB - CDMT = 6.60 – (-3.00) - 1.30 = 8.30m Trong đó : CDMT là chiều dày mũ trụ , CDMT = 1.30m

2.1.2 Diện tích mặt cắt ngang trụ.

Str = 3 8 1 2 5 69 ( )

4

2

V2 là thể tích thân trụ, V2 = 3 8 1 2 8 3 47 23 ( )

4

2

× π

=> Vtr = V1 + V2 =64.45 (m3 )

2.1.4 Thể tích phần trụ ngập nước(không kể phần bệ cọc).

Vnn = Str x (MNTN – CĐMB)=5.69x(1.1-(-3.0))=23.32 (m3 )

2.2 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương dọc tại đỉnh bệ.

Tải trọng đề bài cho :

Ntt=3310(KN) : Tĩnh tải thẳng đứng theo TTGHSD tại đỉnh trụ

Nht=911(KN) : Hoạt tải thẳng đứng theoTTGHSD tại đỉnh trụ

Hht=228(KN) : Hoạt tải nằm ngang theo TTGHSD tại đỉnh trụ

Mht=410(KN.m) : Hoạt tải momen theo TTGHSD tại đỉnh trụ

Trọng lượng thể tích riêng của bê tông: γw= 24 KN/m3

Trọng lượng thể tích riêng của nước : γw= 9.81 KN/m3

Hệ số tải trọng : Hoạt tải : nh= 1.75 và Tĩnh tải : nt= 1.25

2.2.1.Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương dọc của cầu tại đỉnh bệ:

2.3 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương dọc tại đỉnh bệ.

2.3.1.Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương dọc của cầu tại đỉnh bệ:

2.3.3.Mô men ở TTGHSD theo phương dọc của cầu tại đỉnh bệ

× +

= ht h

SD M H

M1 (CĐĐT-CĐMB) = 410 + 228 x (6.3 - (-3.0)) = 2530 (KN.m)Tải trọng theo phương dọc của cầu ở TTGHSD tại đỉnh bệ:

PR : Sức kháng nền dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu

PQ : Sức kháng nền dọc trục tính toán của cọc theo đất nền

3.1 Sức kháng nền dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu.

+ Cọc bê tông cốt thép, tiêt diện của cọc hình vuông: (350x350) mm2

+ Bê tông có f’ c= 30.0 Mpa

+ Thép ASTM A615 có fy = 420 Mpa

) f ) A - (A f (0.85 0.8

P

c n

Trong đó:

φ: Hệ số sức kháng của bê tông, φ = 0.75

f’ c: Cường độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (Mpa)fy: Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (Mpa)Ag: Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag= 160000 mm2 Ast: Diện tích cốt thép Ast= 2290 mm2

=> PR = φ.Pn =0.75 0.8 (0.85 30 (160000-2290) 420 2290) 2990043 N × × × × + × = ( )

=> PR= N = 2990043 (N) = 2990 (KN)

3.2 Sức kháng nền dọc trục tính toán của cọc theo đất nền.

Sức kháng đỡ tính toán của cọc được tính như sau:

QR=φqp.Qp+φqs.Qs

Trong đó:

Qp:Sức kháng mũi cọc (N)Qs:Sức kháng thân cọc (N)φqp:hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc và sức kháng thân cọc

+ Đối với đất dính: φqp= 0.70λv= 0.56 (λv=0.8)

+ Đối với đất cát theo phương pháp SPT: φqp= 0.45λv= 0.36 (λv=0.8)

φqs: hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc dùng cho phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng mũi cọc và sức kháng thân cọc

+ Đối với đất dính tính theo phương pháp α: φqs= 0.70λv = 0.56 (λv=0.8) + Đối với đất cát theo phương pháp SPT: φqs = 0.45λv = 0.36 (λv=0.8)

3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs

Sức kháng thân cọc được tính như sau : Qs=qs.As

Trong đó :

As:là diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

Do thân cọc ngàm vào trong 3 lớp đất, lớp đất thứ Hai là lớp đất dính, lớp đất thứ Ba và lớp thứ Nhất là lớp đất rời nên ta dùng phương pháp α để tính Qsvới lớp đất dính và phương pháp tính sức kháng của cọc dựa trên thí nghiệm hiện trường sử dụng kết quả SPT để xác định Qs với lớp đất rời

Vì Lớp 1 là lớp đất yếu và có chiều dày bé nên trong tính toán sức kháng ta

có thể bỏ qua sức kháng của lớp đất này

• Theo phương pháp α, sức kháng đơn qs vị thân cọc như sau: qs= α Su Trong đó ;

Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa) , Su= Cu=

qs: ma sát đơn vị cho cọc đóng (Mpa)

: số đếm búa SPT trung bình (chưa hiệu chỉnh) dọc theo thân ( Búa /300mm)

- Với lớp thứ nhất ( lớp 2a) là đất sét, ta có:

Su= 0 33

2

66 0

diện tích (mm2)

hệ số α

Su (MPa)

qs(MPa)

Qs=qs.As (N)

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp

Sức kháng mũi cọc được tính như sau :Qp=qp.Ap

Trong đó :

Ap: là diện tích cọc (mm2)

qp: sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)

* Đối với đất dính: qp=9.Su

Với Su là cường đô kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc ( MPa)

* Đối với đất rời:

D

D N

Ncorr: số đếm búa SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ (búa /300mm)

N: số đém SPT đo được (búa /300mm)

'

v

σ : ứng suất hữu hiệu thẳng đứng

D: chiều rộng hay đường kính cọc (mm)

Db: chiều sâu trong tầng chịu lực (mm)

ql: sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0.4Ncorr cho cát và 0.3Ncorr cho bùn không dẻo(MPa)

=

σqp= min (qp;ql)

bh

bh h

+

× +

2

2 2

γ γ

γ γ

=

2m/KN09.1804

1

1

81.904

×

+

Lớp 3 :

Lớp :( 2 a)

75 1

81 9 75 0 68 26 ) 1

bh

bh

γ γ

γ γ

(KN/m3)

Lớp 3:

51 1

81 9 51 0 99 25 ) 1

bh

bh

γ γ

γ γ

(KN/m3)

Ta có:

) (

)

3

2 2

'

n bh n

a bh a

D(mm)

Db (mm)

Ncorrbúa/300mm

qlN/mm2

qpN/mm2

Ap(mm2)

Qp(N)

Vậy sức kháng tính toán của cọc theo đất nền là:

=> Chọn n = 24 cọc

4.2 Bố trí cọc, chọn kích thước bệ móng

a Bố trí cọc trên mặt bằng

Tiêu chuẩn 22TCN272-05 qui định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tời mép gần nhất của móng phải lớn hơn 225 mm

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lước ô vuông trên mặt bằng và được

bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số:

+ Số hàng cọc theo phương dọc cầu là: 4 hàng

Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu là: 1200mm

+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là: 6 hàng

Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu là: 1400mm

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả 2 phương dọc cầu và ngang cầu là: 450mm

5 Lập tổ hợp tác dụng lên đáy bệ ứng với MNTN

5.1 Lập tải trọng ở TTGHCĐI theo phương dọc tại đáy bệ

5.1.1Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương dọc tại đáy bệ

5.2 Lập tải trọng ở TTGHSD theo phương dọc tại đáy bệ

5.2.1Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương dọc tại đáy bệ

5.1.3 Tải trọng thẳng ngang ở TTGHCĐI theo phương dọc tại đáy bệ

M2 M1 H1 H b 2530 228 1.5 2872(KN.m)

SD SD

- Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ được tổng hợp theo bảng sau:

6 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ:

6.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn:

6.1.1 Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc

Trường hợp các cọc đều thẳng đứng, tải trọng tác dụng lên đầu cọc được xác định theo công thức sau:

i i

i y n

i i

i x i

x

x M y

y M n

N N

1

2 1

c d

L × × γ − γ = 27.5×0.42×24 = 105.6 KN

Vậy: Nmax +∆N= 564.57 + 105.6 = 670.17 KN< Ptt = 928 KN => Đạt

6.2 Kiểm toán sức kháng dọc của nhóm.

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm:

Do cọc ngàm qua lớp đất rời nên: Qg=Ql

Với Ql: tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn

• Tính Qg:

Tống sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn:

7 Kiểm toán theo trạng thái giơi hạn sử dụng.

Với mục đích tính toán độ nún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác động lên móng tương đương đặt tại 2/3 độ sâu trôn cọc vào lớp chịu lực như hình vẽ

Do địa chất gồm lớp thứ nhất( lớp 2a) là đất yếu, lớp thứ hai( lớp 3) là đất tốt nên chiều dài từ đầu lớp thứ hai đến mũi cọc

Lớp thứ hai là lớp đất rời, vì vậy độ lún của nhóm cọc có thể được ước tính bằng cách sử dụng thí nghiệm ngoài hiện trường vá vị trí móng tương đương cho hình vẽ trên

• Độ lún trong nhóm cọc trong đất rời có thể tính như sau:

Sử dụng SPT: ρ =

corr

N

X I

q 30

Sử dụng công thức CPT: ρ =

c

q

I X q

2

.

không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa)

X: chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm)

ρ: độ lún của nhóm cọc (mm)

I: hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chon hữu hiệu của móng

D’: độ sâu hữu hiệu lấy bằng D b

3

2

(mm)

Db: độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực (mm)

Ncorr: giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ trên độ sâu X phía dưới đế móng tương đương (búa/300mm)

N: số đếm SPT đo trong khoảng lún ( búa/300mm)

Với cọc đóng ta lấy giá trị N= giá trị trung bình của đất trong khoảng 5D phía trên mũi cọc và 5D phía dưới mũi cọc, với cọc khoan lấy giá trị trung bình trong khoảng 3D phía trên mũi cọc và 3D phía dưới mũi cọc

'

v

σ : ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (MPa)

qc : sức kháng xuyên hình nón tĩnh trung bình trên độ sâu X dưới móng tương đương (MPa)

* Do ta sử dụng phương pháp SPT, các giá trị được tính toán như sau:

MPa

=

× Trong đó:

V: tải trọng thẳng đứng tại đỉnh của nhóm cọc ở TTGHSD(N), V = 6295000 N

Ltd: chiều dài móng tương đương,chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều dọc cầu + đường kính cọc :

Ltd=5×1400 +400 = 7400 (mm)

Btd: chiều rộng của móng tương đương, chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu + đường kính cọc :

Btd=3× 1200 + 400 = 4000 (mm)

-Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc(X): X = 4000 (mm)

Độ sâu trôn cọc trong lớp chịu lực: Db=21100 (mm)

Độ sâu hữu hiệu: D’ = 14066.6(mm)

- Hệ số ảnh hưởng của chiều sâu trôn hữu hiệu của nhóm(I):

4000

6 14066 125

0 1

)

3

2 2

'

n bh n

a bh a

q 30

8.1 Tính toán kiểm tra cọc trong giai đoạn thi công

Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều đúc cọc: Lc=

M1: Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

M2: Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc

a Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d1 = 9 m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

Ag : diện tích mặt cắt nguyên cọc, Ag= 0.16m2

γbt : diện tích nguyên của bê tong, γbt = 24 KN/m 3Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau :

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn:

b Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 10 m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

γbt : diện tích nguyên của bê tong, γbt = 24 KN/m 3Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau :

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn:

Cọc có chiều dài Ld=9m : Mtt=24.58 (KN.m)

Cọc có chiều dài Ld=10m : Mtt=31.5(KN.m)

Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc:

Ta có : Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là:

2

tt tt ct

g

d I

2

tt tt ct

g

d I

×

=> f ct < f r = 2.76(MPa)=>Cốt thép không bị nứt khi cẩu và treo cọc

- Lớp bê tông bảo vệ đối với cọc bê tông đúc sẵn trong môi trường không bị ăn mòn ít nhất là 50mm, trong môi trường bị ăn mòn là 75 mm

- Ta chọn cốt thép chủ chịu lực là thép ASTM A615M

Gồm 9 thanh d18 có fy =420 MPa được bố trí như hình vẽ:

Φ: là hệ số sức kháng được quy định điều 5.5.4.2

Mn: sức kháng danh định (N.mm)

) 2 ( )

2

s y

s s

y s

n A f d a A f a d

Với :

As: diện tích cốt thép chịu kéo không chong dự ứng lực (mm2)

fy: giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu kéo (MPa), fy = 420 MPaA’s: diện tích cốt thép chịu nén không dự ứng lực( )

f’y: giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén (MPa), f’

a: chiều dày khối ứng suất tương đương (mm), a = c

β1 : hệ số ứng suất quy đổi khối ứng suất Với bê tông có cường độ < 28 MPa, β1 = 0.85; với bê tông có cường độ 28MPa, hệ số giảm đi theo một tỷ

lệ 0.05 cho từng 7MPa vượt quá 28MPa không lấy giá trị nhỏ hơn trị số 0.065

0 85 0

y s y s

b f

f A f A c

1

' 85 0

' ' β

−

= Với bw: chiều rộng của bản bụng với tiết diện hình chữ nhật, bw= b = 400mm Giả sử trục trung hoà nằm phía trên trọng tâm tiết diện, ta có:

As= 1527 mm2; A’s= 763 mm2; = 0.836

=> c = 38mm => giả thiết là đúng

=> a = 32 mm => ds= 350 mm; d’s= 50 mm

=> Mn = 253159200 N.mm = 253 KN.m > 31.5 KN.m => Đạt

Vậy cốt thép được chọn và bố trí như trên đảm bảo khả năng chịu lực

* Kiểm tra lại điều kiện chảy dẻo của cốt thép:

Ta thấy, εs > εy ⇒ thỏa mãn điều kiện chảy dẻo của cốt thép

• Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa và hàm lượng cốt thép tối thiểu

=> ρ>ρminKết luận: cốt thép bố trí như trên là hợp lý và đủ chịu lực

8.2.Bố trí cốt thép đai cho cọc

Do cọc chủ yếu chịu nén, chịu cắt nhỏ nên không cần duyệt về cường độ của cốt thép đai Vì vậy cốt thép đai được bố trí theo yêu cầu về cấu tạo

- Đầu mỗi cọc ta bố trí với bước cốt đai là 50 mm.

- Tiếp theo ta bố trí với bước cốt thép đai là 100 mm cho đến vị trí móc cẩu

- Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trí với bước cốt đai là : 200 mm

8.3.Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

- Cốt thép mũi cọc có đường kính Φ32, với chiều dài 750 mm

- Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày = 10

mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọc không bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau